Elettrodi: esercizi e classificazione
La misurazione della differenza di potenziale ai poli di una pila può essere effettuata utilizzando un elettrodo di riferimento o standard al quale è assegnato un potenziale di zero secondo convenzione. Questo permette di ottenere il potenziale relativo all’elettrodo in esame rispetto all’elettrodo di riferimento.
Un esempio di elettrodo standard comune è il “elettrodo standard a idrogeno” (S.H.E.), composto da una lamina di platino immersa in una soluzione di ioni H+ in concentrazione 1M, in cui è presente idrogeno gassoso a 1 atm di pressione.
La misurazione della differenza di potenziale ai poli della pila può essere effettuata attraverso l’utilizzo di strumenti come potenziometri o voltmetri elettronici, che consentono di ottenere la forza elettromotrice della pila (f.e.m.) simboleggiata con Ecella.
Gli elettrodi sono classificati in quattro categorie: elettrodi di prima, seconda, terza specie e elettrodi a gas.
Elettrodi di prima specie
I elettrodi di prima specie consistono in una lamina metallica immersa parzialmente nei suoi ioni presenti in una soluzione. Ad esempio, la lamina di argento immersa in una soluzione contenente ioni Ag+.
Elettrodi di seconda specie
I elettrodi di seconda specie sono costituiti da una lamina di un metallo ricoperta da un sale poco solubile dello stesso metallo, immersa in una soluzione contenente gli anioni del sale poco solubile. Ad esempio, l’elettrodo di argento ricoperto con cloruro d’argento, immerso in una soluzione contenente ioni Cl-.
Elettrodi di terza specie
I elettrodi di terza specie, noti anche come elettrodi redox, sono costituiti da una lamina metallica inerte immersa in una soluzione contenente contemporaneamente la forma ossidata e ridotta di una stessa sostanza. Un esempio è una lamina di platino immersa in una soluzione contenente ioni Fe2+ e Fe3+.
Elettrodi a gas
Gli elettrodi a gas sono formati da una lamina di metallo inerte a contatto con le molecole di un gas e gli ioni del gas presenti in una soluzione acquosa. Ad esempio, la lamina di platino a contatto con molecole di idrogeno gassoso e ioni H+.
Esercizi
1) Calcolare il potenziale di riduzione di un elettrodo di terza specie, composto da una lamina di platino parzialmente immersa in una soluzione contenente ioni Fe3+ a concentrazione 0.1M e ioni Fe2+ a concentrazione 0.01M. La reazione elettrodica di riduzione è Fe3+ + 1 e- → Fe2+ con potenziale normale di riduzione E° = +0.77V. Applicando l’equazione di Nernst si ottiene un potenziale di 0.83V.
2) Calcolare il potenziale di riduzione di un elettrodo di prima specie, formato da una lamina di alluminio immersa parzialmente in una soluzione acquosa contenente ioni Al3+ a concentrazione 0.1M. La reazione elettrodica di riduzione è Al3+ + 3 e- → Al, con potenziale normale di riduzione tabulato E° = -1.66V. Applicando l’equazione di Nernst si trova un potenziale di -1.68V.